Imprimir en 3D con dos materiales a partir de una sola resina

Unos investigadores han inventado una nueva resina con la que se pueden crear al mismo tiempo objetos sólidos y soportes estructurales solubles, dependiendo del tipo de luz a la que se exponga la resina. Esta estrategia podría aumentar las aplicaciones para los objetos impresos en 3D, incluidas matrices, articulaciones y bisagras de ingeniería de tejidos.

El equipo de investigación y desarrollo lo encabeza Isabel Arias Ponce, de la Universidad de California en Santa Bárbara y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, ambas instituciones en Estados Unidos.

“La fotopolimerización en tanque es conocida por lograr impresiones rápidas y de alta resolución, pero después de la impresión es muy estresante tener que quitar manualmente los soportes de complejas estructuras interconectadas y voladizas”, explica Maxim Shusteff, uno de los autores de la investigación. “Estamos muy entusiasmados de poder usar química sencilla para resolver este problema”.

La polimerización en tanque produce objetos 3D sólidos después de utilizar haces de luz en resinas líquidas fotorreactivas. Este método de impresión 3D suele ser rápido y barato. Sin embargo, los objetos complejos creados con polimerización en tanque suelen requerir soportes como matrices temporales, que se fijan cuando el objeto original se sumerge en un segundo lote de resina. Este segundo paso suma tiempo y dinero al proceso debido a la resina y al esfuerzo adicionales y necesarios para eliminar los soportes temporales. Shusteff, Sijia Huang y sus colegas desarrollaron un método de polimerización en tanque en un solo recipiente mediante la formulación de una única resina que se endurece en un material permanente o soluble cuando se expone a luz ultravioleta y luz visible, respectivamente. También crearon una impresora 3D especial que emite ambos tipos de luz, lo que permite a los investigadores imprimir un objeto y sus soportes al mismo tiempo.

Los investigadores mezclaron diferentes componentes, incluidos los monómeros de acrilato/metacrilato y de epoxi, así como sustancias fotorreactivas que absorben la luz visible y ultravioleta, para crear la resina en un solo recipiente. Durante las pruebas iniciales con la sustancia fotorreactiva, observaron que, con la luz visible, los monómeros de acrilato solidificaban y formaban materiales de soporte solubles y basados en anhídrido. Con luz ultravioleta, pero sin luz visible, los monómeros de epoxi se endurecieron y formaron la parte permanente del objeto. Para disolver el material de soporte, los investigadores añadieron los objetos a una solución de hidróxido de sodio a temperatura ambiente y el objeto permanente se reveló en 15 minutos. Los investigadores señalan que las matrices de anhídridos se degradan en compuestos no tóxicos.

Los objetos complejos de varias partes, como esta cadena, se pueden imprimir en 3D de una vez utilizando una nueva técnica de polimerización en tanque. (Imagen: adaptada de ACS Central Science 2025, DOI: 10.1021/acscentsci.5c00337. CC BY)

En posteriores demostraciones del nuevo enfoque, Shusteff, Huang y sus colegas crearon estructuras cada vez más complejas: un patrón de tablero, una cruz, anillos entrelazados, una bola en una jaula y dos bolas en una hélice.

El equipo expone los detalles técnicos de su nuevo sistema en la revista académica ACS Central Science, bajo el título “Dual-Wavelength Simultaneous Patterning of Degradable Thermoset Supports for One-Pot Embedded 3D Printing”. (Fuente: American Chemical Society)